(57)【要約】  本発明は、磁場掃引する連続波電子スピン共鳴イメージング法によって、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像とを、１回の撮像で取得する方法に関する。本発明の画像取得方法は、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の３つの吸収ピークのうちの中央吸収ピークＢを、高磁場側または低磁場側に移動させて、フーリエ変換により高磁場側吸収ピークまたは低磁場側吸収ピークの振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定することを特徴とする。
2012014445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場掃引する連続波電子スピン共鳴（Electron Spin Resonance：ＥＳＲ）イメージング法によって、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像とを１回の撮像で取得する画像取得方法であって、
工程（１）：１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣと中央吸収ピークＢとの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得る工程と、
工程（２）：工程（１）で磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側または高磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程と、
工程（３）：前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程；または前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程と、
工程（４）：前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
工程（５）：工程（３）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
を含む画像取得方法。
【請求項２】
測定試料のＥＳＲスペクトルを得る連続波ＥＳＲ分光装置と、磁場の勾配を前記測定試料に印加する磁場勾配コイルと、前記磁場勾配コイルを駆動する電源装置と、前記連続波ＥＳＲ分光装置から取得したＥＳＲスペクトルを用いて画像を再構成するコンピュータと、を含み、
前記ＥＳＲ分光装置は、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣと中央吸収ピークＢとの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、前記磁場勾配コイルにより前記測定試料に磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得ることができ、
前記コンピュータは、
工程（１）：前記磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側または高磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程と、
工程（２）：前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程；または前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程と、
工程（３）：前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
工程（４）：工程（２）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
を実行する、画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴イメージング方法によりフリーラジカルの分布画像を取得する画像取得方法および画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞レベルから個体レベルまで、生体中の特定分子の分布を可視化する技術が求められている。たとえば、生体中のフリーラジカルは寿命が短く、その空間分布を短時間（例えば、数秒）で計測することが求められる。フリーラジカルを検出する装置として、電子スピン共鳴（Electron Spin Resonance：ＥＳＲ）イメージング装置がある。ＥＳＲイメージング装置は、フリーラジカルの不対電子スピンの磁気モーメントを電磁波の共鳴吸収で観測することから、フリーラジカルのみを選択的に検出することができる。【０００３】
一般的なＥＳＲイメージング法では、一回の計測で、一種類のフリーラジカルの分布を可視化することはできるが、二種類以上のフリーラジカルの分布を可視化することはできない。二種類以上のフリーラジカルの分布を可視化した技術として、以下の３つの技術が報告されている。【０００４】
１つ目は、オーバーハウザー効果ＭＲＩを用いて、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布とを同時に可視化した例が報告されている（特許文献１および非特許文献１を参照）。オーバーハウザー効果ＭＲＩでは、電子スピンを励起する際に、１５ＮニトロキシルラジカルのＥＳＲ吸収スペクトルが、１４Ｎニトロキシルラジカルの吸収スペクトルと異なることを利用して、異なる磁場を用いて２つのラジカルにある電子スピンを別々に励起する。それにより、二種類のフリーラジカルの分布を可視化することに成功している。【０００５】
２つ目は、繰り返し逆畳込み積分により、電子スピンの空間分布を推定することで、二種類以上のフリーラジカルの分布を可視化した例が報告されている（非特許文献２を参照）。この例では、二種類のスペクトルを用いて、計測されたプロジェクションデータを再現する計算を行っている。そのため、プロジェクションデータの計算と画像再構成のための時間が必要であり、短時間処理に限界がある。【０００６】
３つ目は、スペクトル空間ＥＳＲイメージング法により複数種類のフリーラジカルの分布を可視化した例が報告されている（非特許文献３を参照）。スペクトル空間ＥＳＲイメージング法は、フリーラジカルの種類を限定せずに測定することが可能である。しかし、フリーラジカルの二次元分布を可視化するには、三次元の空間イメージングを行うことが必要である。三次元の空間イメージングを行うには、通常、磁場勾配の大きさと向きを変更しながら、各方向のプロジェクション数（Ｎｐ）の三乗程度のスペクトルを取得する必要があり、計測時間が長くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０４５５１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】H. Utsumi et. al., "Simultaneous molecular imaging of redox reactions monitored by Overhauser-enhanced MRI with 14N- and 15N-labeled nitroxyl radicals", Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., Vol.103, pp.1463-1468 (2006).
【非特許文献２】T. Czechowski et.al., "Two-dimensional imaging of two types of radicals by the CW-EPR method", Journal of Magnetic Resonance, Vol.190, pp.52-59 (2008).
【非特許文献３】M.M.Meltempo et al., "Spectral-spatial two-dimensional EPR imaging", Journal of Magnetic Resonance, Vol.72, pp.449-455 (1987).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、通常の連続波（ＣＷ）ＥＳＲイメージング法によって、二種類のフリーラジカルの分布を同時に（一回の撮像で）可視化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般的に、２種類以上のフリーラジカルのＥＳＲスペクトルを測定すると、互いの吸収ピークがスペクトル上で重なり、それらを分離できないため、それぞれのフリーラジカルの分布を可視化することができなかった。【００１１】
１４Ｎニトロキシルラジカルと、窒素１４Ｎが窒素同位体１５Ｎに置換された１５ＮニトロキシルラジカルのＥＳＲスペクトルを測定すると、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の３つの吸収ピーク（低磁場側吸収ピークＡ、中央吸収ピークＢ、高磁場側吸収ピークＣ）と、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の２つの吸収ピーク（低磁場側吸収ピークＸ、高磁場側吸収ピークＹ）とが観測される。低磁場側吸収ピークＡと低磁場側吸収ピークＸとは重なり合い、高磁場側吸収ピークＣと高磁場側吸収ピークＹとは重なり合うが、中央吸収ピークＢは他の吸収ピークとは独立して測定可能であることに、本発明者は着目した。【００１２】
１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡ、中央吸収ピークＢ、高磁場側吸収ピークＣの波形は、互いに相似形である。そこで、中央吸収ピークＢの波形から、低磁場側吸収ピークＡおよび高磁場側吸収ピークＣの波形を模擬することを検討した。前記模擬において、中央吸収ピークＢをフーリエ変換を用いて低磁場側に移動することで、低磁場側吸収ピークＡの位置と振幅とを特定できることを見出した。同様に、前記模擬において、中央吸収ピークＢをフーリエ変換を用いて高磁場側に移動することで、高磁場側吸収ピークＣの位置と振幅とを特定できることを見出した。【００１３】
すなわち、フーリエ変換の平行移動の性質を利用し、複素指数関数の指数部を連続的に変化させることにより、スペクトル線形の位置を離散データ点の間隔以下で調整することができる。【００１４】
一方、中央吸収ピークＢの離散データのデータ点をそのまま移動する方法では、低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの離散データを正確に表すことはできない。サンプリング点での値が同じではないからである。データ点が有限であり、なおかつ、吸収ピークのサンプリング点が多くても数十程度であるので、本発明では、低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの線形を最も良く近似するために、スペクトル線形の位置を離散データ点以下の精度（刻み幅）で調整するパラメータγを探索する。【００１５】
このように、ＥＳＲスペクトルから、中央吸収ピークＢから求めた低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣを減算すれば、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報を得ることができる。それにより、１５Ｎニトロキシラジカルの分布画像を作成することができる。【００１６】
さらには、重なりのない中央吸収ピークＢの情報から、１4Ｎニトロキシラジカルの分布画像を作成することができる。よって、１4Ｎニトロキシラジカルの分布画像と、５Ｎニトロキシラジカルの分布画像とを、一度の撮像で簡便に得ることができる。【００１７】
すなわち本発明は、以下に示す、フリーラジカルの分布画像を取得するＥＳＲイメージング方法に関する。
［１］  磁場掃引する連続波電子スピン共鳴イメージング法によって、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像とを、１回の撮像で取得する画像取得方法であって、
工程（１）：１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣと中央吸収ピークＢとの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得る工程と、
工程（２）：工程（１）で磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側または高磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程と、
工程（３）：前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程；または前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程と、
工程（４）：前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
工程（５）：工程（３）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
を含む画像取得方法。【００１８】
本発明の第二は、以下に示す、フリーラジカルの分布画像を取得するＥＳＲイメージング装置に関する。
［２］  測定試料のＥＳＲスペクトルを得る連続波ＥＳＲ分光装置と、磁場の勾配を前記測定試料に印加する磁場勾配コイルと、前記磁場勾配コイルを駆動する電源装置と、前記連続波ＥＳＲ分光装置から取得したＥＳＲスペクトルを用いて画像を再構成するコンピュータと、を含み、
前記ＥＳＲ分光装置は、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣと中央吸収ピークＢとの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、前記磁場勾配コイルにより前記測定試料に磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得ることができ、
前記コンピュータは、
工程（１）：前記磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側または高磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程と、
工程（２）：前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程；または前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程と、
工程（３）：前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
工程（４）：工程（２）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程と、
を実行する、画像取得装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の画像取得方法によれば、一般的なＥＳＲ装置である連続波電子スピン共鳴装置によって、２種類のフリーラジカルである１４Ｎニトロキシルラジカルと１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を、１回の撮像で得ることができる。しかも、取得するプロジェクションの数も、従来の一般的な２次元ＥＳＲイメージングまたは３次元ＥＳＲイメージングと同程度の数でよいので、短時間での画像化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１Ａは、１４ＮニトロキシルラジカルのＥＳＲスペクトルおよび１５ＮニトロキシルラジカルのＥＳＲスペクトルを含むＥＳＲスペクトルである。図１Ｂは、１４Ｎニトロキシルラジカルおよび１５ＮニトロキシルラジカルのそれぞれのＥＳＲスペクトルである。
【図２】本発明の画像取得方法のフローチャートである。
【図３】本発明の画像所得装置の概念図である。
【図４】図４Ａは、実施例で用いた測定セルを示す図である。図４Ｂは、測定セルにおけるガラス管の配置態様を示す模式図である。図４Ｃは、１４Ｎニトロキシラジカルの分布画像であり、図４Ｄは、１５Ｎニトロキシラジカルの分布画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．本発明の画像取得方法について
本発明の画像取得方法は、磁場掃引する連続波電子スピン共鳴イメージング法によって、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像とを、１回の撮像で取得する方法である。
【００２２】
ＥＳＲスペクトル（プロジェクション）を得るために掃印する磁場の範囲は、測定対象である１４Ｎニトロキシルラジカルの２つのピーク（低磁場側吸収ピークＡと中央吸収ピークＢとの２つ、または高磁場側吸収ピークＣと中央吸収ピークＢとの２つ）が含まれるように設定される。具体的な範囲は、１４Ｎニトロキシルラジカルの種類に応じて適宜設定される。
【００２３】
本発明の画像取得方法は、工程（１）〜（５）を含む。
【００２４】
工程（１）は、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡおよび中央吸収ピークＢの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むＥＳＲスペクトル、または、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢおよび高磁場側吸収ピークＣの２つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得る工程である。
【００２５】
取得するＥＳＲスペクトルは、少なくとも、磁場勾配が印加されていない状態で測定されるＥＳＲスペクトルと、磁場勾配が印加された状態で測定されるＥＳＲスペクトルとを含む。磁場勾配の向きを系統的に変化させながら取得するＥＳＲスペクトルを、プロジェクションデータともいう。
【００２６】
上記の通り、得られたＥＳＲスペクトル（プロジェクションデータを含む）は、それぞれ、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡおよび中央吸収ピークＢと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むか、または、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢおよび高磁場側吸収ピークＣと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含む。図１Ａは、１４Ｎニトロキシルラジカルのスペクトルの吸収ピークＡおよび吸収ピークＢと、１５Ｎニトロキシルラジカルのスペクトルの吸収ピークＸとが混在したスペクトル（プロジェクション）の例を示す。
【００２７】
図１Ｂは、１４Ｎニトロキシルラジカルおよび１５Ｎニトロキシルラジカルのそれぞれのスペクトルを別個に示している。図１Ｂからわかるように、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の吸収ピークのうちの中央吸収ピークＢは、他の吸収ピークと重ならずに独立している。一方で、低磁場側吸収ピークＡおよび低磁場側吸収ピークＸは、近接して重なり合い、高磁場側吸収ピークＣおよび高磁場側吸収ピークＹも、近接して重なりあう。特に、磁場勾配を印加した状態で測定したＥＳＲスペクトル（プロジェクションデータ）では、電子スピンの空間分布を反映してスペクトルの線形が変化するため、重なり度合いが大きくなる。したがって、このままでは１４Ｎニトロキシルラジカルおよび１５Ｎニトロキシルラジカルのそれぞれの分布画像を別々に得ることはできない。
【００２８】
そこで、１４Ｎニトロキシルラジカルと１５Ｎニトロキシルラジカルとのスペクトルを分離する操作を行う。分離操作は、測定したスペクトル（プロジェクション）を高磁場側のスペクトル領域と、低磁場側のスペクトル領域とに分けた後に行う。つまり、スペクトル（プロジェクション）に「低磁場側吸収ピークＡ、中央吸収ピークＢおよび低磁場側吸収ピークＸ」が含まれる場合には、中央吸収ピークＢを含むスペクトル領域と、低磁場側吸収ピークＡおよび低磁場側吸収ピークＸを含むスペクトル領域とに分けた後、分離操作を行う。一方、スペクトル（プロジェクション）に「高磁場側吸収ピークＣ、中央吸収ピークＢおよび高磁場側吸収ピークＹ」が含まれる場合には、中央吸収ピークＢを含むスペクトル領域と、高磁場側吸収ピークＣおよび高磁場側吸収ピークＹを含むスペクトル領域とに分けた後、分離操作を行う。
【００２９】
工程（２）は、工程（１）で磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、高磁場側または低磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程である。
【００３０】
具体的には、まず、磁場勾配を印加しない状態で測定したＥＳＲスペクトルにおいて、中央吸収ピークＢの波形ｆを高磁場側または低磁場側に移動させる。低磁場側に移動した場合には、低磁場側吸収ピークＡと最も一致する位置および強度（振幅）を特定する。同様に、高磁場側に移動した場合には、高磁場側吸収ピークＣと最も一致する位置および強度（振幅）を特定する。
【００３１】
この際、振幅を表すパラメータαと、スペクトルの位置を表すパラメータγの２つを求める。中央吸収ピークＢの波形ｆを移動した波形ｆshiftedは、磁束密度Ｂの関数として、下記式で示される。
【数１】
2012014445.tif 000003
上記式において、ＩＦＴは逆フーリエ変換、ｃｎは波形ｆのｎ次の複素フーリエ係数、ｉは複素単位、ωｎはｎ次の空間角周波数を表す。
【００３２】
工程（３）は、前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと磁場勾配下での中央吸収ピークＢから得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程であるか、または、前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（２）で特定したパラメータαおよびパラメータγと磁場勾配下での中央吸収ピークＢから得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程である。
【００３３】
具体的には、工程（１）で得たＥＳＲスペクトルのそれぞれ（磁場勾配を印加した状態で測定したもの、および印加していない状態で測定したもの）について、工程（２）で求めた振幅を表すパラメータαとスペクトルの位置を表すパラメータγとを用いて、中央吸収ピークＢの波形ｆを低磁場側に移動させたデータ（スペクトル線形）を得るか、または中央吸収ピークＢの波形ｆを高磁場側に移動させたデータ（スペクトル線形）を得る。
【００３４】
得られたデータが、中央吸収ピークＢの波形ｆを低磁場側に移動させたデータである場合には、ＥＳＲスペクトルの低磁場側吸収ピークＡと低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、そのデータを減算することで低磁場側吸収ピークＸの情報を得る。一方、得られたデータが、中央吸収ピークＢの波形ｆを高磁場側に移動させたデータである場合には、ＥＳＲスペクトルの高磁場側吸収ピークＣと高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、そのデータを減算することで高磁場側吸収ピークＹの情報を得る。
【００３５】
工程（４）は、前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程である。
【００３６】
工程（５）は、工程（３）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程である。低磁場側吸収ピークＸと高磁場側吸収ピークＹは同一の波形であるから、何れか一方から画像を再構成できる。
【００３７】
このようにして、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像と、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像との両方を、一回の撮像で得ることができる。
【００３８】
以上の測定フローを、図２にまとめた。図２に示すフローでは、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを低磁場側に移動させているが、高磁場側に移動させても同様の結果が得られる。
【００３９】
まず、Ｓ１０において、磁場勾配を印加していない状態で測定したＥＳＲスペクトルと、プロジェクションデータとを得る。プロジェクションデータは、磁場勾配を印加した状態で測定したＥＳＲスペクトルを含む。ここでは、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡおよび中央吸収ピークＢと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含む領域を測定する。したがって、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとは測定されない。
【００４０】
Ｓ１１において、磁場勾配を印加していないＥＳＲスペクトルについて、高磁場側のスペクトル領域と低磁場側のスペクトル領域とに分割する。分割された高磁場側のスペクトル領域には、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢが含まれる。一方、低磁場側のスペクトル領域には、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとが含まれる。
【００４１】
Ｓ１２において、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側に移動させる。１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとの混合スペクトルから、移動させたピークを減算する。減算の結果、指定したデータ領域の二乗誤差の総和が最小となるように、中央吸収ピークＢを移動させる（Ｓ１３）。指定したデータ領域の二乗誤差の総和が最小となるときの、振幅を表すパラメータαと、スペクトルの位置を表すパラメータγの２つを求める。ここで、二乗誤差の総和ＥＲＭＳは、以下の式で表される。ここで、ｆｌｏｗはＳ１４で分割された低磁場側のＥＳＲスペクトルの中で指定されたデータ領域（データ点数ｍ）を表している。
【数２】
2012014445.tif 000004
【００４２】
Ｓ１４では、Ｓ１０で測定したプロジェクションデータ（各ＥＳＲスペクトル）について、低磁場側のスペクトル領域と高磁場側のスペクトル領域とに分割する。低磁場側のスペクトルは、Ｓ１５〜Ｓ１７で使用される。一方、高磁場側のスペクトルは、Ｓ１８で使用される。
【００４３】
Ｓ１５では、振幅を表すパラメータαと、スペクトルの位置を表すパラメータγと、中央吸収ピークＢとに基づいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡを算出する。Ｓ１６では、算出された低磁場側吸収ピークＡを、低磁場側で重なりあっているスペクトルから減算して、低磁場側の１５Ｎニトロキシルラジカルのプロジェクションデータを得る。得られたプロジェクションデータに含まれる低磁場側吸収ピークＸの情報を用いて画像を再構成して（Ｓ１７）、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を得る。
【００４４】
Ｓ１８では、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢの情報を用いて画像を再構成し、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を得る。
【００４５】
２．本発明の画像取得装置について
本発明の画像取得装置は、以下の構成部材を有する。
１）連続波ＥＳＲ分光装置
２）磁場の勾配を測定試料に印加する磁場勾配コイルと、前記磁場勾配コイルを駆動する電源装置
３）スペクトルデータを取得して画像を再構成するコンピュータ
【００４６】
図３は、本発明の画像取得装置の概念図である。
【００４７】
連続波ＥＳＲ分光装置は、一対の主磁場用マグネット１０Ａ，１０Ｂと、一対の変調コイル１１Ａ，１１Ｂと、共振器プローブ１３とを主要部材として有する。もちろん、連続波ＥＳＲ分光装置は、磁場掃引用および主磁場用の電源１４や、変調コイル１１Ａ，１１Ｂに接続された増幅器１５および変調用発振器１６、共振器プローブ１３に接続されたブリッジ１７、ブリッジ１７に接続された高周波発振器１８などを有する。
【００４８】
磁場の勾配を測定試料に印加する一対の磁場勾配コイル２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、主磁場用マグネット１０Ａと変調コイル１１Ａとの間と、主磁場用マグネット１０Ｂと変調コイル１１Ｂとの間とに配置される。本発明の画像取得装置は、磁場勾配コイル２０Ａを駆動するための電源装置２１も有する。
【００４９】
スペクトルデータを取得して画像を再構成するコンピュータは、位相検波回路３０と、位相検波回路３０に接続されたデータ取り込み制御用計算機３１とを有する。データ取り込み制御用計算機３１は、電源１４および電源装置２１も制御する。
【００５０】
連続波ＥＳＲ分光装置は、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡ、中央吸収ピークＢおよび高磁場側吸収ピークＣの３つの吸収ピークと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸおよび高磁場側吸収ピークＹとを含むＥＳＲスペクトルを、測定試料に磁場勾配が印加されている状態および印加されていない状態で得る。連続波ＥＳＲ分光装置は、装置自体としては公知の測定装置であってよい。図３における位相検波回路３０は、連続波ＥＳＲ分光装置で得られたＥＳＲスペクトルを出力する。
【００５１】
スペクトルデータを取得して画像を再構成するコンピュータは、前述の工程（２）〜（４）に従って、連続波ＥＳＲ分光装置で得られたＥＳＲスペクトルを処理するプログラムを、データ取り込み制御用計算機３１に格納している。このプログラムは、コンピュータに以下の工程（１）〜（４）を実行させる。
【００５２】
工程（１）：前記磁場勾配が印加されていない状態で得たＥＳＲスペクトルにおいて、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の中央吸収ピークＢを、低磁場側または高磁場側に移動させて、フーリエ変換により低磁場側吸収ピークＡまたは高磁場側吸収ピークＣの、振幅を表すパラメータαとピーク位置を表すパラメータγとを特定する工程。
工程（２）：前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た低磁場側吸収ピークＡを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸの情報を得る工程；または前記ＥＳＲスペクトルにおける１４Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＣと１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹとを含むスペクトル領域から、工程（１）で特定したパラメータαおよびパラメータγと中央吸収ピークＢとを用いて得た高磁場側吸収ピークＣを減算して、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の高磁場側吸収ピークＹの情報を得る工程。
工程（３）：前記ＥＳＲスペクトルにおける中央吸収ピークＢの情報から、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程。
工程（４）：工程（２）で得られた低磁場側吸収ピークＸまたは高磁場側吸収ピークＹの情報から、１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を作成する工程。
【実施例】
【００５３】
１４Ｎニトロキシルラジカルおよび／または１５Ｎニトロキシルラジカルの水溶液を調製した。ニトロキシルラジカルの具体的な構造は、以下の通りである。
【化１】
2012014445.tif 000005
【００５４】
図４Ａに示される測定セルを用意した。図４Ａに示される測定セルには、６本のガラス管（第１〜第６のガラス管）がセットされている。図４Ｂに示されるように、各ガラス管は、正六角形の頂点に位置するように配置されている。各ガラス管に収容される水溶液の量は０.１ｍｌとした。各ガラス管に収容された水溶液中のニトロキシルラジカルの濃度は、以下の通りである。
［第１のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル１.０ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル０.０ｍＭ
［第２のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル０.８ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル０.２ｍＭ
［第３のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル０.６ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル０.４ｍＭ
［第４のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル０.４ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル０.６ｍＭ
［第５のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル０.２ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル０.８ｍＭ
［第６のガラス管］
１４Ｎニトロキシルラジカル０.０ｍＭ、１５Ｎニトロキシルラジカル１.０ｍＭ【００５５】
測定セルの各ガラス管に収容された水溶液について、同時に、連続波ＥＳＲ分光装置を用いて、本発明の方法により、１４Ｎニトロキシルラジカルおよび１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像を得た。具体的なスペクトル測定条件を以下に示す。下記条件では、１４Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＡおよび中央吸収ピークＢと、１５Ｎニトロキシルラジカル由来の低磁場側吸収ピークＸとが測定される。
磁場掃引幅：３ｍＴ
磁場掃引時間：２秒
磁場変調振幅：０.０３ｍＴ
磁場勾配：４０ｍＴ／ｍ
位相検波回路の時定数：３ｍｓ
プロジェクション数：６４
積算回数：８
マイクロ波電力：２.５ｍＷ【００５６】
図４Ｃは１４Ｎニトロキシルラジカルの分布画像であり、図４Ｄは１５Ｎニトロキシルラジカルの分布画像である。図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように、１回の測定で、１４Ｎニトロキシルラジカルの分布と１５Ｎニトロキシルラジカルの分布とを、別個に画像化（可視化）できることがわかる。【００５７】
フリーラジカルの分布をＥＳＲイメージング法により可視化する場合、解像度δは、ＥＳＲスペクトルの線幅ΔＢを磁場勾配Ｇで除することで求められる（δ＝ΔＢ／Ｇ）。たとえば、ＥＳＲスペクトルの線幅ΔＢが０.１ｍＴであり、磁場勾配Ｇが５０ｍＴ／ｍである場合、解像度δは、２ｍｍ（＝０.１（ｍＴ）／５０（ｍＴ／ｍ））となる。しかしながら、画像再構成のプロセスにおいて、逆畳み込み積分（デコンボリューション）の効果により、解像度を約２倍改善することができる。したがって、最終的にはδ’＝ΔＢ／（２Ｇ）の解像度を実現することができる。上記の例では、１ｍｍの解像度が実現されることになる。したがって、解像度は、主として、測定されるフリーラジカルのＥＳＲスペクトルの線形により制限される。解像度を改善するために磁場勾配を増加すると、励起される電子スピンが少なくなる。その結果、スペクトルの信号強度が小さくなり、可視化が困難な状態となる。そのため、最終的には検出感度が解像度を決める要因になるが、信号を十分に検出できる条件下では、解像度は、線幅と印加される磁場勾配によって決定される。【００５８】
本実施例で用いたＥＳＲイメージング装置では、０.１ｍＭの４−ヒドロキシル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（4-hydroxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl；ＴＥＭＰＯＬ）水溶液を０.１秒の磁場掃引で計測した場合、ＥＳＲスペクトルの信号対雑音比は４０であった。計測時間（積算時間）を長く取れば、その平方根に従って信号対雑音比は改善される。【００５９】
本出願は、２０１０年７月２６日出願の特願２０１０−１６７２３８に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、通常の連続波（ＣＷ）ＥＳＲイメージング法によって、二種類のフリーラジカルの分布を同時に（一回の撮像で）かつ短時間で可視化することができる。たとえば、本発明の画像取得方法および画像取得装置は、生体中のフリーラジカルの分布の測定に有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１０Ａ,１０Ｂ  主磁場用マグネット
１１Ａ,１１Ｂ  変調コイル
１３  共振器プローブ
１４  電場掃引用および主磁場用の電源
１５  増幅器
１６  変調用発振器
１７  ブリッジ
１８  高周波発振器
２０Ａ,２０Ｂ  磁場勾配コイル
２１  電源装置
３０  位相検波回路
３１  データ取り込み制御用計算機
【図２】
2012014445.tif 000006
【図３】
2012014445.tif 000007
【図１】
2012014445.tif 000008
【図４】
2012014445.tif 000009
【国際調査報告】
2012014445.tif 000010
2012014445.tif 000011
2012014445.tif 000012
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